Liberecká spalovna využívá oxid uhličitý pro pěstování řas

Unikátní projekt BIOFIX (součást mezinárodního programu EUREKA) si klade za cíl naučit se využívat spalinový oxid uhličitý CO2 při pěstování produkčních kultur sladkovodních řas Chlorela. Výzkum BIOFIX realizuje tým pracovníků z třeboňského oddělení Mikrobiologického ústavu Akademie věd ČR v objektu liberecké spalovny komunálních odpadů TERMIZO. Dosavadní průběh řešení projektu prokázal, že vybrané kmeny Chlorelly rostou na spalinovém CO2 dokonce lépe, než na potravinářském CO2, který se do rostoucích kultur řas běžně dodává. Kvalitu libereckých spalin potvrzuje skutečnost, že řasy, vypěstované na odpadním CO2 splňují všechny přísné parametry pro potravinářské využití. Řízené pěstování sladkovodních řas, využívaných pro vysoký obsah cenných látek zejména v humánní výživě, se ve světě realizuje od 50. let minulého století. V poslední době, kdy se intenzivně hledají rostlinné suroviny pro výrobu biopaliv, se na řasy soustřeďuje nebývalá pozornost. Je k tomu řada důvodů: řasy velmi rychle rostou a jejich výnosy ve vhodných podmínkách až 15krát převyšují výnosy klasických plodin. Kultivační jednotky nezabírají zemědělskou půdu, sklizeň řas je průběžná po celou kultivační sezónu. Aby bylo možné biomasu řas pro výrobu bioetanolu skutečně použít, musí být jejich produkce co nejlevnější. O tom rozhoduje zejména způsob pěstování, ovlivňující velikost výnosů a cena živin, které se musejí řasám k rychlému růstu přidávat. Je přitom zajímavé, že zhruba 50 % nákladů na živiny tvoří právě CO2. „V současnosti se kultivace řas ve světě zajišťuje téměř výhradně v otevřených bazénech, kde se cca 30 cm tlustá vrstva živného roztoku s řasami míchá pomocí lopatkových zařízení. Míchání musí probíhat i v noci, kdy řasy nerostou.Vzhledem k veliké vrstvě řas je míchání energeticky náročné a narostlé řasy se musejí sklízet již při velmi nízké hustotě. To produkci řas velmi prodražuje,“ přiblížil problematiku Vilém Zachleder z třeboňského řešitelského týmu. Třeboňský kultivační systém, patentově chráněný v Řecku, USA a v České republice, vypracovaný v průběhu minulých 15 let týmem Jiřího Douchy je zcela odlišný: živný roztok s řasami nepřetržitě stéká ve vrstvě pouze několika milimetrů po meandrovitě uspořádaných nakloněných plochách, v noci jsou řasy uloženy v nádržích. Hustota pěstovaných řas je ve srovnání s bazény 100krát vyšší, náklady na provoz jsou čtvrtinové, výnosy biomasy jsou ve srovnání s bazény dvojnásobné. Systém, jehož vysoká výkonnost se potvrzuje zejména v oblastech jižního klimatu, byl úspěšně ověřen v Austrálii a v jižním Řecku. Jako experimentální pracoviště pro projekt EUREKA BIOFIX byla vybrána liberecká spalovna. Spalovna v Liberci energeticky využívá téměř 90 000 t odpadu, vyrábí teplo pro 13 600 domácností a pokrývá celou jednu třetinu spotřeby liberecké aglomerace. Navíc vyrábí elektrickou energii pro 3400 domácností. A právě liberecká spalovna, která produkuje ročně 90 000 tun oxidu uhličitého, poskytla ideální podmínky pro unikátní experiment. „Obdobné pokusy se ve světě dělaly s CO2 z elektráren. Řasy však podobné pokusy nepřežily. U nás se řasám daří proto, že naše spaliny jsou velmi čisté. Ročně vypustíme do ovzduší ve svých spalinách například pouhé 2 kg prachu“, uvedl hlavní řešitel výzkumného projektu Petr Novák ze společnosti TERMIZO. Kvalitě čištění podle něj paradoxně pomohly obavy ze spaloven a hysterie kolem spalování odpadu. Díky tomu jsou limity pro vypouštění škodlivin ze spaloven nastaveny přísněji než u jiných zdrojů, například právě u elektráren. Liberecká spalovna má podle Nováka díky účinné instalované technologii a kvalifikovanému provozování nejkvalitnější čištění spalin ze všech tepelných zdrojů. „Platí pro nás plná legislativa Evropské unie a pro spalovnu TERMIZO jako legislativně zvláště velký zdroj emisí i integrované povolení provozu. Problematika emisí do ovzduší je v Evropské unii velmi dobře propracovaná. Všechny spalovny mají povinnost provozovat autorizované kontinuální měření hlavních znečišťujících složek (TZL-prach, TOC-organické látky, SO2, NO2, HCl, CO). Měříme je ve vypouštěných spalinách každou minutu, počítáme z nich průměrné půlhodinové koncentrace a ty evidujeme a porovnáváme s limity. Předepsané přísné emisní limity do ovzduší TERMIZO s rezervou plní“, řekl Novák. Právě obavy veřejnosti ze spaloven vedly podle ředitele TERMIZO Pavla Bernáta ke skutečnosti, že nynější technologie čištění jsou v moderních spalovnách, mezi které patří i ta liberecká, na nejvyšší úrovni a splňují požadavky integrované prevence znečištění (BAT). Předepsané limity spaloven jsou podstatně přísnější než pro jiné tepelné zdroje s výkony kolem 50 MW (liberecká spalovna má výkon 35 MW). „Nebezpečný a obtížný komunální odpad, který produkuje vyspělá civilizace, lze energeticky využívat jako obnovitelný zdroj energie a ekologicky ho přepracovat na užitečný výrobek,“ poznamenal ředitel společnosti TERMIZO. „Z desítek kmenů řas jednobuněčné sladkovodní Chlorelly jsme použili kmen, který jsme izolovali v jižním Řecku. Vyznačuje se rychlým růstem i za vysokých teplot a odolností vůči vysoké koncentraci CO2. Ověřovací kultivace v Liberci uskutečňujeme v laboratorních bioreaktorech, v nichž se simulují podmínky pro velkoobjemovou kultivaci. Důležitým parametrem je obsah škrobu v řasách, neboť škrob je výchozí surovinou pro svou následnou fermentaci na bioetanol. Cílenými zásahy do životního cyklu řasové buňky jsme zvýšili původní množství škrobu na dvojnásobek. Práce v tomto směru dále pokračuje a zabývá se jí Laboratoř buněčných cyklů, vedená Vilémem Zachlederem,“ dodal Jiří Doucha, spoluřešitel projektu. V současnosti je surovinou pro výrobu bioetanolu ve vyspělých zemích převážně kukuřice (USA) a pšenice (EU). Dotovaná výroba z uvedených plodin však není příliš efektivní. Četné studie prokazují, že z kukuřičného bioetanolu se získá jen o 10 až 20 % energie více, než kolik se jí spotřebuje pro její výrobu. Situaci by mohly radikálně změnit racionálně pěstované kultury řas: zatímco z jednoho hektaru kukuřice lze získat přibližně 4 t škrobu, u řas může být toto množství 10krát vyšší. „Vysoké výnosy, nízké provozní náklady při kultivaci, použití odpadního CO2 a v neposlední řadě i vysoký obsah škrobu v řasové buňce, nám dávají takřka vynikající předpoklady, abychom mohli v dohledné době zahájit jako první na světě velkokapacitní produkci řasové biomasy pro potřeby biolihu. To je samozřejmě podmíněno skutečností zda se nám podaří v rámci nového mezinárodního projektu získat finanční prostředky na pokračování výzkumu a jeho komerční realizaci“ zdůraznil Jiří Doucha. Z hlediska marketingu, by ale bylo sotva přijatelné využívat v potravinářském nebo kosmetickém průmyslu řasy pěstované v CO2 (navíc získaného ze spalin). Ekonomické, ekologické i obchodní využití získaných řas proto vidí odborníci hlavně v jejich použití jako suroviny pro biopaliva. A také ve skutečnosti, že vyvinuli defacto průmyslovou bezodpadovou technologii: odpad při výrobě etanolu lze totiž využít jako kvalitní krmivo. Úspěch, o kterém již informovala některá česká média, vyvolal velkou odezvu ve světě. Vědci chtějí technologii patentovat v Evropě i Americe. Úvahy o termínu, kdy začne průmyslová výroba, jsou ale zatím podle řešitelů projektu předčasné. „Prokázali jsme, že je možné v určitém prostředí pěstovat kmeny řas produkujících škrob. Provozní aplikace ale potřebuje podstatně větší plochu a samozřejmě větší investici. Pokud se uvedené myšlenky ujme některý investor, je zde naděje, že v budoucnu vzniknou továrny, které budou produkovat čisté odpadní plyny a řasy budou celý komplex zefektivňovat. Dalším kvasným procesem se vyrobí bioetanol a zbytek se použije jako krmivo. Možným řešením je také žádost o dotaci Evropské unie na demonstrační produkční poloprovoz v liberecké spalovně, který by celý okruh uzavřel. Chceme pěstovat řasy využitelné jako suroviny pro produkci biopaliv,“ řekl Novák. Projekt BIOFIX z mezinárodního programu EUREKA řízený Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy ČR začal vědecký tým řešit před dvěma lety. Všechny projekty EUREKA musejí mít zahraničního partnera. V našem případě je jím renomované německé pracoviště řasových biotechnologií v Nuthetalu, vedené profesorem Otto Pulzem. V navazujícím projektu, který se bude letos připravovat, by měli vstoupit do hry také partneři z jižních států, kde jsou výnosy řas díky příznivému klimatu podstatně vyšší. Zájem o spolupráci na unikátním projektu projevili také vědci z Technické univerzity v Liberci. „Jednáme s vedením spalovny o vybudování společného poloprovozu na pěstování řas a také na ověřování účinnosti filtrace plynů pomocí filtrů z různých nanovlákenných materiálů“, řekl profesor Jiří Maryška z Fakulty mechatroniky a mezioborových inženýrských studií Technické univerzity v Liberci. Jaroslava Kočárková